锚网索注+架柱式超前联合支护在孤岛近距离岩巷中的应用
2012-09-09时昌鹏
时昌鹏
(山西兰花集团莒山煤矿有限公司，山西晋城048002)
锚网索注+架柱式超前联合支护在孤岛近距离岩巷中的应用
时昌鹏
(山西兰花集团莒山煤矿有限公司，山西晋城048002)
Application of Combined Supporting of Anchored Cable，Mesh，Injection and Advanced Props in“Island”Rock Roadway
以莒山煤矿六采区集中运输巷为工程背景，研究了孤岛近距离岩巷围岩稳定控制技术，采用锚网索注+架柱式超前联合支护，充分发挥各支护构件的效能和围岩的自承载能力，提高了围岩的稳定性和适应性，实现了困难巷道的合理加固，确保工作面安全回采，为其他类似条件下巷道围岩控制提供了参考。
超前联合支护;孤岛;近距离
1 工程概况
六采区集中运输巷位于3号煤层底板岩层中，距孤岛ZF302采面最近处的层间8～23m，如图1所示，巷道顶板为细砂岩，致密而多含云母、石英，中部有2层铁质结核，有滑面植物化石，坚固性系数为4.0～5.0;底板为深灰色细砂岩，致密坚韧，含石英质云母及黑色矿物，局部含植物化石，坚固性系数为4.5左右;两帮为砂质页岩、中砂岩，层理明显，以石英为主，含云母、长石等，坚固性系数3.5～4.5。
图1 ZF302工作面平面位置
巷道断面形状为三心拱，净宽4.2m，直墙高1.5m，先前采用砌碹支护，但年久失修，碹体破碎脱落严重，现场打孔实测结果表明残余碹体与围岩间存在约0.2m的较大空隙，碹体支护作用大大减弱，严重威胁着上部ZF302采面的安全开采。
2 巷道加固支护设计
六采区集中运输巷上方两侧采空区和即将进行回采的ZF302工作面的各种应力场相互耦合，松动圈范围内围岩比较破碎，应力分布极其复杂，仅靠单一的刚性支护或柔性支护已不符合工程要求。
从现场实际情况和现有技术水平综合考虑，对于与ZF302采面垂距大于15m的巷道可以采用“壁后充填+钢梁+单体液压支柱”加固;对于垂距小于或等于15m的巷道采取回采前“壁后充填+锚杆+钢筋网+锚索”预加固和回采影响期间“钢梁+单体液压支柱”动态超前加强支护相结合的方案进行加固支护。
2.1 与ZF302采面垂距＞15m的巷道加固
2.1.1 壁后充填
为提高围岩整体性，对六采区集中运输巷表面破碎围岩和围岩与碹体间空隙注浆充填，采用水泥－水玻璃浆液，P.O32.5+45波美度液体水玻璃，水灰比控制在0.8～1.0，水玻璃掺量为水泥重量的3%～5%。注浆管为26mm无缝钢管，杆长1000mm，注浆段300mm。在注浆段每隔75mm对称钻2个12mm的注浆通孔，排距为1.4m，注浆管布置如图2。
图2 壁后注浆管布置
2.1.2 “钢梁+单体液压支柱”动态超前支护
在ZF302采面采动期间，采用工字钢梁与单体液压支柱对采动影响范围内的六采区集中运输巷进行超前加强支护，对从采面液压支架尾部开始往前 (采面推进方向)60m长度范围内的下部巷道进行动态加强支护，如图3，随着采面往前推进在前部架设支架的同时将后部的支架拆除。每1m巷道架设1排 (1根钢梁配3根单体液压支柱)。架设单体液压支柱时保证支柱与工字钢横梁间连接牢靠，每2根槽钢拱梁之间用3根拉杆连接 (拱顶中心和两肩部各1根)，以防止歪架和倒架，拱梁长4500mm，12号槽钢弯制，下部1根长3000mm的工字钢横梁 (中部焊1根长350mm的工字钢立柱)卡入槽钢拱梁的槽内;单体液压支柱初撑力不低于120kN，要求支撑高度能达到2500mm，底部穿大尺寸铁鞋;拱梁与顶板间铺6.5mm钢筋焊接钢筋网，网片规格为2300mm×1000mm，网孔尺寸为100mm×100mm。
图3 架柱式动态超前支护加固
2.2 与ZF302采面垂距≤15m的巷道加固
2.2.1 壁后充填
与垂距＞15m段巷道相同。见2.1.1。
2.2.2 “锚杆+锚索+钢筋网”支护
锚网索支护如图4。采用17.8mm，1×19锚索，长度6200mm，间排距1600mm×1800mm;采用“三花”布置。采用左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆，直径20mm，长度2200mm，间排距900mm× 900mm，每排10根，两帮底角锚杆距底板300mm。拱顶钢筋网采用直径6.5mm的圆钢焊接而成，网孔为100mm×100mm方形;网片尺寸为2300mm× 1000mm。
图4 锚网索支护断面
2.2.2.1 高强度预应力锚杆支护
在采面支承压力的作用下，即使很大的支护阻力也难以避免围岩产生较大变形，因此，巷道支护在具有较高阻力的同时必须具有较大的变形性能，使围岩的变形能量得到释放而让压，防止支护在高支承压力作用下被破坏。因此，要求所采用的锚杆和锚索材质具有高强度和大延伸率的特性。
巷道支护材料选用BHRB600型左旋无纵筋螺纹钢高强度锚杆，规格为20mm×2200mm，每根锚杆采用1卷K2350和1卷Z2370树脂锚固剂加长锚固，锚杆间排距 900mm×900mm，预紧力矩120N·m。每排10根锚杆，两帮底角锚杆距底板300mm。
2.2.2.2 关键部位锚索加强支护
传统的1×7结构锚索延伸率较低，无法满足动压巷道大变形的要求，且很难与锚杆形成耦合支护结构。选用1×19结构的高强度、大延伸率锚索不仅强度高，延伸率大，而且与树脂锚固剂的粘结强度较高，能满足动压巷道高应力大变形的要求。
锚索规格为17.8mm×6200mm，每根锚索采用1卷K2370和2卷Z2370树脂锚固剂加长锚固，锚索间排距1.6m×1.8m，预拉力100kN，采用“三花”布置 (即相邻两排锚索中，一排在顶板中部布置1根，另一排在两个拱肩处对称布置2根)。
2.2.2.3 钢筋网护顶支护
考虑到砌碹支护脆性大，容易发生局部破坏并导致全断面垮塌，需要在巷道拱顶铺设较大刚度和强度的钢筋网。钢筋网采用直径6.5mm的圆钢焊接而成，网孔规格100mm×100mm。
3 实测效果分析
巷道围岩表面位移是评价巷道支护效果的重要指标，实测六采区集中运输巷顶底及两帮变形规律如图5和图6所示。
从变形曲线来看，在采面回采期间变形增长速度明显加快，并随着距离采面的临近变形速度呈增长趋势，但总变形量都不超过250mm，能满足煤矿安全生产要求，支护效果良好。
图5 顶底位移
图6 两帮位移
4 结论
(1)在孤岛近距离岩巷中实施锚网索注+架柱式超前联合支护技术，充分发挥各支护构件的效能和围岩的自承载能力，提高了围岩的稳定性和适应性，实现了困难巷道的合理加固，为其他类似条件下巷道围岩控制提供了参考。
(2)该方案每米支护成本为1028元，安全回收了煤柱，顺利采出煤炭170kt，按每吨800元计算，为煤矿增加1.36亿元的收益。
［责任编辑:王兴库］
TD353
B
1006-6225(2012)05-0055-02
2012－03－31
时昌鹏 (1983－)，男，山西泽州人，工程师，主要从事采掘技术管理工作。
